究诘配景

为应答寰球变暖，减少化石能源的使用。锂离子电板由于其能量密度高、轮回寿命长、自放电率低等优点被平庸应用于智能末端开拓、电动汽车以及大型储能开拓中。跟着锂离子电板充放电轮回，锂离子电板不断老化。老化电板不仅充放电性能大幅下落，还可能激发烧失控，危及东谈主民人命财产安全。

电极活性材料蚀本是导致电板老化的主要原因之一，电极颗粒离散又是导致电极活性材料蚀本的主要机理。一种能准确算计电极颗粒里面应力、仿真电极颗粒裂纹滋长的模子被伏击需要。

论文所科罚的问题及酷爱酷爱

电极活性材料蚀本是导致电板老化的主要原因之一，电极颗粒离散又是导致电极活性材料蚀本的主要机理。锂离子电板在轮回充放电过程中，由于锂离子在电极颗粒中的扩散效应，锂离子浓度在电极颗粒中踱步不均匀，电极颗粒会受到固相扩散调换应力，从而导致电极颗粒产生裂纹，并不断滋长。

电极颗粒裂纹滋长不仅会使得电极颗粒里面活性材料胜利暴露在电解液中与电解液发生副反映生成新的SEI膜，导致电板中活性锂离子损成仇电解液蚀本，还可能会诱发电极颗粒离散，导致电极中导电剂、粘结剂失效，电极活性材料蚀本。因此，分析电极颗粒应力机理、完成电极颗粒裂纹滋长建模与仿真，对算计电板老化和长轮回周次电板研发具有首要酷爱酷爱。

论文本事及革命点

1、固相扩散调换应力与简化电化学模子耦合

锂离子电板在轮回充放电过程中，锂离子在电极颗粒中镶嵌/脱出导致电极颗粒半径发生变化。电极颗粒半径变化会影响电极固相扩散弛豫时刻，从而，影响到固相锂离子浓度踱步和电极颗粒应力变化。本文将电极颗粒固相扩散调换应力与带有液相的分数阶模子（FOMe）进行耦合，建议接洽应力变化的FOMe（FOMeS）。

图1 恒放逐电FOMe与FOMeS固相名义锂浓差对比

2、老化西宾侧面考证FOMeS的准确性

由于电极颗粒所受应力难以骨子测得，为考证所提FOMeS的灵验性，联想NCA电板老化推行侧面考证FOMeS的准确性。

图2 FOMeS灵验性考证基本过程图

3、电极颗粒裂纹滋长仿真

当给电板施加电流时，锂离子从电极颗粒名义镶嵌/脱出，由于扩散作用酿成电极颗粒里面锂离子踱步不均，使得电极颗粒受到固相扩散调换应力，应力值大小可由FOMeS盘算得出。字据FOMeS盘算得到的固相扩散调换应力值的大小连络电极颗粒材料属性，盘算赢得电极颗粒裂纹滋长速率并仿真电极颗粒裂纹滋长时局。

图3 电极颗粒裂纹滋长模子旨趣图

图4 负极颗粒形变偏激里面应力仿真完了

论断

1）本文建议一种接洽固相扩散调换应力的电极颗粒裂纹滋长模子。字据电极颗粒应力应变旨趣，缔造电极固相名义锂浓差与电极颗粒固相扩散调换应力之间的筹商，建议FOMeS用于盘算电极颗粒所受固相扩散调换应力与电板里面景色信息。

2）为考证所提FOMeS的灵验性，建议欺诈电板老化推行数据辨识的正负极容量与FOMeS字据应力造就公式盘算出的正负极容量进行对比分析。电板老化推行完了标明所提FOMeS能较为准确地算计电极固相扩散调换应力和老化电板电极正负极容量变化趋势。

3）字据电极颗粒所受应力，连络电极颗粒材料属性，仿真分析电极颗粒里面应力踱步偏激形变趋势，字据Paris公式盘算电极颗粒裂纹滋长速率，算计电极颗粒裂纹滋长深度及趋势。

团队先容

武汉理工大学锂电板储能时代研发团队，从属于武汉理工大学水路交通约束宇宙要点推行室和湖北省新能源能源电板工程时代究诘中心，主要从事电板与电容等储能元件的可靠性分析与寿命算计、新能源电动汽车脱手系统与可靠性联想、船舶电力系统的褂讪性与可靠性究诘、电力电子系统电磁兼容性等标的的科研责任。团队现存省部级东谈主才1名，老师2名，副老师4名，在读硕博士究诘生40余东谈主。团队确立以来，已获批国度级姿色9项，发表SCI/EI论文100余篇，授权发明专利30余项；其中4项中枢时代被爱信精机遴荐，见效杀青产物化并应用于丰田夹杂能源汽车中。

本责任后果发表在2025年第7期《电工时代学报》南宫·NG网，论文标题为“接洽固相扩散调换应力的锂离子电板电极颗粒离散机理究诘“。本课题为国度当然科学基金资助姿色。